-Поиск по дневнику

Поиск сообщений в Аурика-2

 -Подписка по e-mail

 

 -Статистика

Статистика LiveInternet.ru: показано количество хитов и посетителей
Создан: 21.10.2011
Записей: 1296
Комментариев: 56
Написано: 1380

Комментарии (0)

Лечение деталей плазмой

Дневник

Воскресенье, 23 Октября 2011 г. 21:53 + в цитатник

Сущность процесса

Она состоит в напылении струей сжатого газа предварительно расплавленного металла на специально подготовленную поверхность детали. При плазменном напылении для расплавления и переноса металла на ее поверхность используются тепловые и динамические свойства плазменной струи. Для плазменного напыления, как и для любого другого способа нанесения газотермических покрытий, характерным является одновременное воздействие на расплавленный металл высокотемпературного источника теплоты и кинетической энергии газовой струи. Частицы металлического порошка, разогретые до температуры плавления, достигают поверхности детали в пластическом состоянии. При ударе о деталь они деформируются и, вклиниваясь в неровности на поверхности детали, образуют покрытие. Соединение металлических частиц с поверхностью и между собой происходит за счет механических и молекулярных связей. Плазменную струю получают путем нагрева плазмообразующего газа в электрической дуге, горящей между катодом и анодом специального устройства, называемого плазмотроном (плазменной горелкой).
Несмотря на кажущуюся простоту процесса плазменного напыления, внедрение его на ремонтных предприятиях тянулось долгие месяцы. Главной причиной медленного распространения являлось отсутствие у нас порошков нужного качества. Но вот в последние годы ведущие предприятия и научно-исследовательские организации развернули работы по созданию новых и повышению качественного уровня уже известных порошковых материалов. В результате в кратчайший срок наша страна в этой области вышла на самые передовые позиции. Сегодня мы имеем такие порошковые материалы, которые не уступают зарубежным аналогам, а в ряде случаев превосходят их. Однако после того как высококачественные порошки появились в большом количестве и ассортименте, обнаружилось, что требует усовершенствования и выпускаемое оборудование. Трудности внедрения плазменного напыления заключаются еще в том, что оно сопряжено с особенностями, незнание которых приводит к различным неполадкам в работе отдельных элементов установки, а также получению плохих покрытий. Ниже рассказывается об оборудовании и специальной оснастке, применяемых при осуществлении металлических покрытий, об усовершенствовании отдельных элементов установки, об особенностях нанесения покрытий высокотемпературным плазменным напылением.
Оборудование и материалы
Наша промышленность выпускает несколько типов плазменных установок, из которых наиболее универсальной является установка УПУ-ЗД. Она поставляется в комплекте с источником питания, имеет дистанционный пульт управления и позволяет плавно и достаточно точно регулировать энергетические параметры плазменной струи, а также расход основного, дополнительного и транспортирующего порошок газа.
В комплект установки УПУ-ЗД входят также плазмотрон (плазменный распылитель), бункер-питатель для дозированной подачи в плазмотрон порошковых материалов, системы водяного и газового снабжения. Принципиальная схема установки для плазменного напыления показана на рис
Одним из основных элементов аппаратуры для плазменного напыления является плазмотрон. Мощность его зависит от размеров межэлектродного пространства и от рода плазмообразующего газа.
Самый нагруженный элемент плазмотрона - сопло, которое формирует геометрические и энергетические параметры плазменной струи. Сопло подвергается наибольшему износу, поэтому оно делается сменным. Срок службы сопла зависит от режима работы плазмотрона, вида плазмообразующего газа и системы охлаждения. Как показала практика, время службы сопла может быть увеличено, если не ждать полного выхода его из строя, а при первых признаках неисправности подвергать профилактическому ремонту. Сигналы для снятия сопла на ремонт - нарушение равномерности плазменной струи и появление в ней ярких искрящихся частиц. Они хорошо различимы на фоне более темной плазменной струи. Это говорит о том, что на конусной части сопла и на стенках выходного отверстия стали оседать частицы расплавившегося порошка. На качестве наносимого покрытия это вначале не отражается. Но если напыление продолжать, то в результате блуждания дуги начинает оплавляться конусная поверхность сопла и интенсивное обгорание конуса вольфрамового электрода. Эти неполадки в плазмотроне приводят к нарушению процесса, появлению на поверхности покрытия сначала мелких, а затем более крупных дендритов. Они намного хуже сцепляются с другими частицами и с подложкой, резко снижается качество покрытия.
Заметив такие неполадки в действии плазмотрона, работу надо прекратить, а сопло снять и отремонтировать. Починка заключается в рассверливании выходного отверстия на 0,2-0,3 мм. При повреждении конусной части сопла его надо проточить до образования гладкой поверхности.
Ремонтируя сопло, необходимо обратить внимание и на состояние конуса вольфрамового электрода, и если он обгорел (затупился), то нужно его проточить.
Такое восстановление сопла можно производить несколько раз (2-3 раза). На надежность работы и качество наносимого покрытия это большого влияния не оказывает.
Другими причинами преждевременного выхода из строя сопла являются: недостаточно эффективное охлаждение узла (из-за засорения трубопроводов, осаждения на омываемых водой стенках сопла толстого слоя накипи, снижения давления воды и пр.), нарушения герметичности соединения деталей соплового узла (из-за усыхания прокладок), неправильно подобранных параметров режима напыления (главным образом завышенного против оптимальной величины напряжения). Режим напыления необходимо корректировать не только после ремонта сопла, но и после замены одного порошка другим. Дело в том, что применяемые при восстановлении металлические порошки имеют различную температуру плавления. Чем она у порошка ниже, тем меньше должны быть напряжение дуги, а также другие величины параметров режима. Долговечность плазмотрона зависит и от правильной установки вольфрамового электрода (катода) по отношению # медному соплу (аноду). Ось этих деталей должна совпадать. Необходимо также строго выдерживать расстояние между катодом и анодом, выбираемое в зависимости от конструкции плазмотрона.

Конструктивно плазмотрон1* отличаются системой охлаждения соплового узла и местом ввода порошка в плазменную струю. На одном из предприятий разработан и внедрен в производство плазмотрон, отличающийся от того, которым комплектуется установка УПУ-ЗД. Достоинствами плазмотрона являются простота изготовления, возможность быстрой замены сопла и вольфрамового электрода. Регулировочный сердечник позволяет по мере износа (выгорания) электрода поддерживать нужное расстояние между ним и соплом. В плазмотроне предусмотрено более интенсивное охлаждение соплоВ°го узла, что позволило увеличить срок его службы.
Стабильность процесса плазменного напыления во многом зависит от надежной работы порошковых питателей (дозаторов). Наибольшую стабильность подачи металлических порошков обеспечивают питатели с механической дозировкой. В качестве дозирующих устройств применяют инжекторы, вертикальные или горизонтальные барабаны, шнеки и пр. Для улучшения сыпучести порошка и предотвращения его зависания в бункере используют электромагнитные или пневматические вибраторы.
Выпускаемое оборудование Для плазменного напыления комплектуется одним порошковым питателем. При восстановлении автомобильных деталей одного питателя недостаточно, так как разные детали, изготовленные из стали, чугуна, алюынниевых сплавов, требуют применения различных порошков. Каждый раз заменять в бункере питателя порошок сложно, поэтому пост плазменного напыления целесообразно оснастить дву-мя-тремя дополнительными питателями.
Порошковый питатель, которым комплектуется установка УПУ-ЗД, не всегда обеспечивает стабильность подачи порошка. После непродолжительного времени на нем заклинивает подшипник- Происходит это потому, что на питателе установлен открытый подшипник, в который во время работы попадает порошок. Замена открытого подшипника закрытым устранила этот дефект. Дополнительной герметизации потребовал и стык между корпусом дозатора и смотровым окном. Работа питателя улучшается после того, как между этими деталями помещается тонкая прокладка клея-герметика.
Дополнительные приспособления. Кроме основного оборудования в состав поста для восстановления деталей плазменным напылением входит различная технологическая оснастка: аппарат для дробеструйной обработки деталей, рабочий шкаф, баллоны с рабочими газами, сеть для подвода охлаждающей воды и сжатого воздуха, прибор для рассева порошков по фракциям, термошкаф и печь для сушки порошковых материалов.
Одним из важнейших условий обеспечения прочности связей между наносимым покрытием и деталью является придание восстанавливаемой поверхности шероховатости. Наилучшая шероховатость достигается при дробеструйной обработке. Для этих целей создано множество конструкций дробеструйных установок. Они включают в себя дробеструйную камеру, пистолет, приемный бункер для дроби и систему шлангов для подачи в пистолет сжатого воздуха. Недостатком таких установок является отсутствие в них механизма для вращения круглых деталей. Нет также в них приспособлений для закрепления деталей. При обработке пистолет приходится держать в руках. Всех этих недостатков лишен дробеструйный аппарат, внедренный на одном из московских ремонтных предприятий. Он предназначен для получения шероховатой поверхности на небольших автомобильных деталях цилиндрической формы.
Основными частями дробеструйного аппарата являются камера, пистолет , приемный бункер , электродвигатель с редуктором , качатель пистолета  и быстродействующее зажимное приспособление .
Камера аппарата изготовлена из листовой стали толщиной 2 мм, в задней стенке которой прорезано отверстие, предназначенное для выравнивания атмосферного давления в камере и вне ее. Чтобы дробь не выбрасывалась наружу, отверстие заделано сеткой и патрубком 5. С внутренней стороны камеры к задней стенке прикреплен отражатель 6 из стали толщиной 4-5 мм. Он служит для отражения дроби и снижения шума при действии установки.
Детали, подлежащие обработке, помещают в центры, один из них - пружинный, другой прикреплен к валу редуктора. Частота вращения деталей может регулироваться в двух диапазонах: 60 об/мин и 100 об/мин.
Чтобы дробь не бомбардировала поверхности детали, не подлежащие восстановлению, их закрывают специальными экранами.
Качатель обеспечивает поворот дула пистолета на 80°, что позволяет обрабатывать детали длиной до 180 мм. Для дробеструйного воздействия на более длинные детали эта камера непригодна.
Достоинствами аппарата описанной конструкции являются: высокое качество обработки поверхности, легкость управления процессом и безвредность. Аппарат занимает мало места, его можно установить на столе или тумбочке рядом с камерой для плазменного напыления.
При плазменном напылении выделяется большое количество тепла, образуются окислы азота, озон и аэрозоли напыляемых материалов. С целью создания безопасных условий труда напыление должно производиться в вытяжных шкафах.  Камера  установлена на токарном станке таким образом, чтобы при напылении патрон для вращения детали и задняя бабка находились внутри камеры. Для этого в ее боковых стенках прорезаны окна. Чтобы исключить попадание на суппорт и станину танка металлического порошка, низ камеры обшит же-"езным листом. Для защиты плазменщика от инфракрасных и ультрафиолетовых излучений лицевая (рабочая) сторона камеры снабжена подвижной шторкой, для наблюдения за процессом в ней прорезано окно с ветными стеклами, применяемыми в щитках и масках лектросварщиков. Легкость перемещения шторки обес-ечивается противовесами.
Плазмотрон при помощи регулировочной планки за-реплен на суппорте станка. Таким образом, при вклю-ении самохода обеспечивается равномерное перемеще-ие плазмотрона относительно напыляемой поверхности. Регулировочная планка позволяет устанавливать ужное расстояние между соплом и деталью.
Сеть сжатого воздуха. Воздух при плазменном напы-ении используют для дробеструйной обработки, а так-е для охлаждения деталей во время напыления. Дав-ение воздуха должно быть не менее 0,5-О.бМПа.Осо-ое внимание следует обратить на тщательную очистку оздуха от влаги и масла, отрицательно влияющих на качество напыленных покрытий. Материалы для нанесения плазменных покрытий.
При восстановлении автомобильных деталей, изготовленных из стали, наиболее широкое применение находит металлический порошок ПН85Ю15. Покрытие, нанесенное этим порошком, имеет высокую износостойкость, хорошую сцепляемость с подложкой, удовлетворительно обрабатывается шлифованием. Температура плавления порошка около 1400° С. Порошок ПН85Ю15 применяют для нанесения покрытий при восстановлении стержня клапана, юбки толкателя, оси коромысел, шейки фланца крепления кардана, валика масляного насоса и многих других стальных деталей автомобиля.
Находят применение и другие порошки. Так, покрытие, нанесенное порошком ПН70Ю30, обладает отличной плотностью, достаточно высокой прочностью сцепления с деталью, жаростойкостью. Температура плавления этого порошка около 1600° С.
Для восстановления деталей из алюминиевых сплавов применяют смесь порошков АКП (95%) и ПМС (5%).
При плазменном нанесении покрытий порошковыми материалами большое значение имеет размер их частиц. От гранулометрического состава порошка зависит скорость процесса, механические свойства покрытия, а также сама возможность его нанесения. Крупные частицы недостаточно прогреваются, вследствие чего не возникает прочной связи с подложкой или они отскакивают от нее при ударе. Слишком мелкие частицы не обладают достаточной энергией для образования прочной связи с подложкой и, кроме того, успевают охладиться, прежде чем достигнут поверхности. Поэтому порошки перед их применением необходимо просеять. Для нанесения покрытий на изношенные автомобильные детали лучше всего использовать порошки с размером частиц от 60 до 100 мкм.
Порошковые материалы интенсивно поглощают влагу, и если они хранятся в сыром помещении, то их перед применением необходимо просушить в электропечи при температуре 120-150° С в течение 1-2 ч.
 Технология нанесения
Работоспособность деталей с плазменным покрытием  значительной мере зависит от соблюдения технологических режимов подготовки восстанавливаемой поверхности и нанесения самого покрытия. Как было отмечено выше, для увеличения сил его механического сцепления с напыляемой поверхностью последнюю перед нанесением^ покрытия подвергают обработке, в результате которой поверхность становится шероховатой.
Для создания шероховатой поверхности используют механическую (нарезка рваной резьбы, фрезерование, накатка) и дробеструйную обработку. Более эффективна дробеструйная обработка. Ее применяют для создания шероховатости почти на всех восстанавливаемых плазменным напылением стальных деталях. Детали из алюминиевых сплавов чаще подвергают механической обработке: плоские перед напылением фрезеруют, а цилиндрические-протачивают на токарном станке. Для образования во время проточки рваной резьбы резец в резцедержателе суппорта устанавливают с несколько большим вылетом, чем обычно при обточке детали. При этом кончик резца должен быть на 1-2 мм ниже оси детали. При такой установке он во время обточки мелко вибрирует, создавая на поверхности рваную резьбу.
Для обеспечения правильной геометрической формы поверхности и получения одинакового по толщине покрытия стальные цилиндрические детали перед плазменным напылением сначала шлифуют, а детали из алюминиевых сплавов - протачивают. Глубина такой проточки зависит от степени износа, но должна быть не меньше 0,6 мм от номинального размера детали, с тем чтобы после окончательной обработки нанесенного покрытия его толщина была не менее 0,3 мм.
Для дробеструйной обработки поверхности используют дробь чугунную ДЧК или электрокорунд зернистостью № 80-120. Эту операцию ведут при давлении сжатого воздуха 0,5-0,6 МПа. Расстояние между соплом пистолета и обрабатываемой поверхностью должно быть в пределах 20-60 мм, а угол наклона пистолета по отношению к детали - 40-45°.
Необходимо учитывать, что дробеструйная обработка кроме придания поверхности шероховатости разрушает на ней окисную пленку, что улучшает условия образования химической связи между материалами покрытия и подложки. Поэтому перерыв между операциями дробеструйной обработки и нанесения покрытий должен быть минимальным и не превышать 3 ч.
Время обработки детали устанавливают опытным путем. При этом исходят из того, что поверхность, подлежащая напылению, должна быть полностью испещрена зубчиками и впадинками, потерять свой первоначальный блеск и стать матовой. Для получения требуемой шероховатости на цилиндрических поверхностях деталей типа толкатель, клапан, валик маслонасоса, как правило, уходит 1-2 мин.
Поверхности деталей, не подлежащие напылению, необходимо защищать от попадания на них дроби. Для этих целей изготавливают специальные приспособления. После того как деталь обработана и подготовлена к нанесению покрытия, к ней нельзя прикасаться голыми руками, так как наличие на поверхности даже малейших загрязнений, особенно следов масла, снижает прочность сцепления покрытия с подложкой. Все операции по перемещению деталей необходимо производить в чистых рукавицах или при помощи специальных щипцов.
Прежде чем приступить к нанесению покрытия на восстанавливаемую деталь, необходимо отработать режим напыления на образцах. При этом исходят из общих рекомендаций по плазменному напылению автомобильных деталей. Практикой установлено, что наиболее оптимальными величинами режима напыления стальных деталей диаметром от 10-40 мм являются: напряжение дуги - 35-50 В, сила тока - 200-350 А, расход плазмообразующего газа - 20 - 30 л/мин, расход транспортирующего газа - 5-10 л/мин, расстояние от сопла плазмотрона до напыляемой поверхности - 60- 120 мм, частота вращения детали - 40-100 об/мин, скорость перемещения плазмотрона относительно напыляемой поверхности - 3,5-5 мм/об.
При определении режима плазменного напыления необходимо учитывать следующие обстоятельства.
Увеличение дистанции напыления против оптимального расстояния от сопла до напыляемой поверхности приводит к возрастанию пористости покрытия. Она будет тем ниже, чем более высокую температуру нагрева и скорость полета будут иметь частицы порошка при контакте с подложкой. Пористое покрытие имеет пониженную механическую прочность, но играет положительную роль при трении детали в масляной среде, так как поры хорошо удерживают смазку.
Большое влияние на прочность сцепления покрытия с подложкой оказывают метод и качество подготовки поверхности детали к напылению. Чем более шероховатой она будет и чем меньше промежуток между выполнением этой операции и нанесением покрытия, тем прочность его сцепления с подложкой будет выше. Прочность покрытия с подложкой уменьшается при увеличении расстояния напыления (свыше 120 мм), когда температура металлических частиц и скорость их полета снижаются.
Увеличение напряжения и силы тока приводит к перегреву наносимого покрытия и укрупнению летящих на деталь частиц порошка. Прочность сцепления покрытия с подложкой при этом снижается.
Важным фактором, влияющим на прочность покрытий, является их толщина. С ростом толщины слоя покрытия, вследствие увеличения внутренних напряжений, возникающих при нанесении его, прочность сцепления снижается.
Толщина покрытий, нанесенных плазменным напылением, практически не ограничена возможностями способа. Но в силу физических особенностей процесса образования покрытий, с увеличением их толщины возрастают внутренние напряжения, которые стремятся оторвать покрытие от плоской детали. В связи с этим не рекомендуется наносить слишком толстые покрытия. Для получения их с минимальным припуском на обработку и предотвращения чрезмерного нагрева детали напыление до заданной толщины производят не сразу, а в несколько проходов. Толщина каждого напыленного слоя не должна быть более 0,15 мм.
Для предотвращения перегрева и окисления металла при нанесении значительных по площади покрытий [еталь во время напыления охлаждают сжатым возду-ом от сети или компрессора. Струя сжатого воздуха должна быть направлена на уже сделанное покрытие. Попадание сжатого воздуха на частицы напыляемого материала и в пятно напыления может привести к охлаждению частиц и отрицательно сказаться на свойствах покрытий.
В качестве плазмообразующего газа при плазменном напылении автомобильных деталей чаще всего при-еняют аргон или азот или смесь этих газов. Азотная лазма имеет более низкую температуру, чем аргонная, о обладает более высоким теплосодержанием. Это войство азотной плазмы, а также низкая стоимость азо-а обусловили его довольно широкое применение в качестве плазмообразующего газа. Но при азотной плазме вследствие использования более высокого напряжения на дуге быстрее выходит из строя сопло. Поэтому при восстановлении деталей чаще всего применяют аргонно-азотную плазму, в состав которой входит до 60% аргона и 40% азота.
Плазменному напылению особенно успешно поддаются наружные поверхности деталей типа "вал", действующие в условиях жидкостной смазки. Плазменным напылением не рекомендуется восстанавливать изношенные зубья шестерен, седла клапанных гнезд в головках и блоках цилиндров, другие места деталей, испытывающие во время работы значительные ударные нагрузки.
 
 
 
 

Метки:  

 Страницы: [1]